GASOLINA NATURAL: Un sustituto atractivo para la producción de etileno en Argentina

Por: Benjamin Cañete^a, Paola P. Oteiza^a,b, Carlos E. Gigola^a, Nélida B. Brignole^a

^a Planta Piloto de Ingeniería Química (PLAPIQUI) Complejo CCT-UAT, UNS-CONICET, Camino La Carrindanga Km. 7, 8000 Bahía Blanca, (Argentina), e-mail: bcanete@plapiqui.edu.ar, cgigola@plapiqui.edu.ar, dybrigno@criba.edu.ar
^b Comisión de Investigaciones Científicas (CIC) Pcia de Buenos Aires, Calle 526 entre 10 y 11 CP1900 La Plata, (Argentina), e-mail: poteiza@plapiqui.edu.ar

Resumen

La demanda de etileno y sus derivados (polietileno, poliestireno, PVC) en la Argentina está creciendo en la actualidad y, desde hace algunos años, a un ritmo considerable. Para compensar dicho aumento en el consumo resulta imprescindible la ampliación de la capacidad productiva existente, aunque la falta de gas natural durante la temporada invernal no permite contar con un suministro continuo de la materia prima necesaria. En este artículo se propone el uso de gasolina natural para incrementar la producción de olefinas (etileno, propileno) por cracking térmico como alternativa al empleo de etano. La factibilidad de la propuesta se fundamenta mediante un análisis técnico-económico preliminar efectuado en base a la producción nacional de gasolina natural. El objetivo principal de la propuesta es analizar la explotación de un recurso valioso, actualmente poco aprovechado en el país.

El análisis financiero arrojó, en una primera instancia, resultados negativos, dada la gran inversión inicial y los altos costos operativos. A continuación se realizó una integración del proceso, considerando que el etileno, propileno y gasolina de pirólisis pueden ser utilizados como materia prima para la obtención de polietileno, polipropileno y aromáticos (BTX). Esta integración se sustenta mediante un análisis económico preliminar: el VPN de la planta integrada es de aproximadamente 80,8 MMUS$, con una TIR del 15,5% (contra una tasa de descuento del 14,9%) y un período de repago de seis años. El resultado obtenido en este caso es favorable, de modo que resultaría en principio conveniente continuar con el análisis de la propuesta a un nivel de factibilidad.

Palabras clave: gasolina natural, etileno, análisis económico, polietileno, polipropileno, BTX.

1. Introducción

El gas natural es uno de los recursos energéticos más importantes a nivel mundial, dado que representa la quinta parte del consumo energético total [1]. Es la segunda fuente de energía más utilizada, siendo el primer lugar ocupado por el petróleo y, de acuerdo a los expertos en este sector, el gas natural continuará ocupando dicha posición por no menos de veinte años [2]. Es un recurso fundamental que contribuye a satisfacer necesidades humanas básicas, tales como la cocción de alimentos, la calefacción y el transporte. Es además la principal materia prima en importantes procesos industriales en nuestro país, entre los que se encuentran la producción de polietileno, fertilizantes (urea), PVC y amoníaco.

El gas natural está compuesto principalmente por metano (CH₄, 80-95%), etano (C₂H₆, 4-8%), hidrocarburos superiores y otros componentes menores, tales como nitrógeno (N₂), dióxido de carbono (CO₂) y sulfuro de hidrógeno (H₂S). El gas natural, una vez extraído del yacimiento, es sometido a distintas etapas de separación y acondicionamiento, para luego ser inyectado en los gasoductos troncales. Existen básicamente dos etapas de separación, una etapa primaria llevada a cabo en el mismo yacimiento del cual es extraído el gas y otra secundaria realizada en las plantas de procesamiento.

La Fig. 1 muestra un esquema simplificado del proceso de separación de gas natural. La gasolina natural se obtiene en dos etapas distintas del proceso. Los cuadros en verde representan la separación primaria, mientras que los cuadros en azul muestran la etapa secundaria.

Fig. 1 – Proceso de separación de gas natural

En la Fig. 2 se muestra la producción de gasolina natural proveniente de las etapas de separación primaria (Fig. 2a) y secundaria (Fig. 2b). En 2010, la producción total de gasolina proveniente de la etapa primaria (63% de la producción total de gasolina en el país) fue de 728.562 t, de las cuales 109.465 t fueron exportadas mezcladas con el crudo [3]. Como se observa, la Cuenca Neuquina es el área de mayor producción, donde se obtiene aproximadamente el 60% de la gasolina proveniente de la etapa primaria.

Fig. 2a – Separación primaria

Fig. 2b – Separación secundaria

Fig. 2 – Producción de gasolina natural, dados como porcentajes de la cantidad total producida en 2010

En la Fig. 2b se reporta la producción de gasolina natural proveniente de la etapa secundaria. La producción en 2010 fue de 430.266 t, de las cuales 334.723 t fueron exportadas como materia prima [3]. El destino de la producción restante permanece sin reportar. Se presume que dicha porción se mezcla con otros combustibles. La capacidad de producción total de gasolina en nuestro país es entonces de aproximadamente 1,2 MMt/año.

En cuanto a la localización geográfica de las fuentes de gasolina natural, en la Fig. 3 se muestran las plantas de obtención de gasolina natural más importantes en nuestro país.

Fig. 3 – Principales plantas de obtención de gasolina natural en nuestro país

2. Antecedentes

El etileno, uno de los productos petroquímicos más importantes del país, se utiliza a su vez como materia prima para la producción de productos petroquímicos claves, tales como polietileno, poliestireno y PVC. El proceso más empleado para la producción de etileno es el de cracking térmico de hidrocarburos, tales como etano, propano, naftas, etc. Esta tecnología es bien conocida y se encuentra ampliamente aplicada. El proceso de producción de etileno a partir de nafta es básicamente el mismo que a partir de gasolina natural. Teniendo en cuenta las cantidades mencionadas anteriormente y el escaso valor agregado de la gasolina natural en Argentina, se propone su uso como materia prima petroquímica. Además, las proyecciones de la demanda futura de etileno [4] son realmente prometedoras.

En la actualidad grandes empresas planean realizar inversiones significativas para impulsar el desarrollo de la industria petroquímica argentina [5]. En los últimos años el suministro de materias primas a las principales plantas petroquímicas se ha vuelto un tema de preocupación. El incremento en el consumo doméstico de gas natural durante la temporada invernal, hace que sea necesario restringir el suministro de gas natural al sector industrial (donde es utilizado fundamentalmente como materia prima y combustible), de forma de satisfacer así los requerimientos del sector doméstico. Como consecuencia, la balanza comercial para algunos productos petroquímicos específicos en Argentina, ha arrojado resultados negativos en los últimos años. La búsqueda de materias primas alternativas se vuelve entonces extremadamente necesaria.

Los mercados locales y mundiales para los productos petroquímicos mencionados se están expandiendo rápidamente. Resulta fundamental entonces incorporar capacidad adicional. En Argentina, la gran dependencia del gas natural y sus derivados, junto con el hecho de que la producción del mismo resulta insuficiente para satisfacer los requerimientos de los consumidores, exigen una utilización eficiente y racional de los recursos disponibles. En este análisis, la gasolina natural surge como un recurso alternativo de interés.

3. Materias primas

3.1 Consumo mundial

Históricamente, en aquellas regiones donde el gas natural es un recurso abundante, el etano ha sido la materia prima más utilizada para la producción de etileno, no solo por el menor costo de producción frente a materias primas alternativas, sino también por el mayor rendimiento en etileno. Para las regiones donde el gas natural es un recurso más bien escaso, tales como Europa y algunos países del Este Asiático (China, Japón, Corea del Sur, etc.), la materia prima más utilizada es la nafta, dado que puede ser fácilmente almacenada y transportada. Cuando se reporta la utilización de nafta como materia prima en la literatura, esta fracción incluye comúnmente la contribución de la gasolina natural de manera implícita.

La Fig. 4 resume las diferentes materias primas empleadas para la producción de etileno a nivel mundial [6].

Fig. 4 – Materias primas para producción de etileno a nivel mundial

El proceso de producción de etileno a partir de nafta, la cual representa cerca del 50% del consumo total de materias primas disponibles, es una tecnología bien conocida. Existen plantas eficientes de producción de etileno a partir de nafta en todo el mundo. En Estados Unidos las materias primas preferidas para la producción de etileno son el etano (37,3%) y la nafta (29,6%), mientras que el propano representa solo un 18%.

En contraste, la mayor parte de la materia prima utilizada para producción de etileno en la Unión Europea es nafta con una proporción menor proveniente del gas natural (etano, propano, etc.). La nafta representa un 72% de la producción total, mientras que el etano solo un 7%. Por ejemplo, en Bélgica la nafta representa un 69%; en Francia un 81% y en España un 100%. En Medio Oriente existe un dominio claro del craqueo de etano por sobre otras fuentes. El etano representa un 67%, mientras que la nafta y el propano representan un 14 y 10% respectivamente. En el Lejano Oriente la nafta se presenta como la materia prima principal con 72%. El etano representa solo un 11% [6].

3.2 Etano y gasolina natural

En la Tabla 1 se observan las principales características de etano y gasolina natural, en su empleo como materias primas en el proceso de cracking térmico para obtención de etileno.

Tabla 1 – Comparación entre etano y gasolina natural

Se observa que el empleo de gasolina natural como materia prima se traduce en una menor producción de etileno, aunque aumenta significativamente la obtención de productos secundarios de valor comercial: propileno, butenos y gasolina de pirólisis. La gasolina de pirólisis posee, a su vez, un alto contenido de aromáticos (Benceno, Tolueno y Xileno (BTX)), productos de importante valor agregado. La obtención de aromáticos a partir de gasolina de pirólisis se trata en la Sección 6.

La falta de gas natural durante la temporada invernal en Argentina [11,12], es uno de los factores que favorece al empleo de gasolina natural por sobre el etano. En invierno el consumo doméstico aumenta notablemente y las capacidades actuales no son suficientes para satisfacer la demanda. Durante este período muchas industrias sufren restricciones en el suministro de gas natural, con el objetivo de cubrir los requerimientos del sector doméstico. De esta forma, la etapa secundaria de separación de gas natural (ver Sección 1) y en consecuencia, el suministro de etano, se ven directamente afectados. La gasolina natural también se encuentra sujeta a estos cambios estacionales, aunque no completamente, dado que la etapa de separación secundaria es la única afectada por las restricciones al suministro. En este punto, se debe tener en cuenta que la mayor parte de la gasolina natural se obtiene en la etapa primaria de separación de gas natural. Además, el suministro de gasolina natural se puede garantizar más fácilmente, dada la facilidad con que esta puede ser almacenada.

En cuanto a los consumos de energía promedio para los crackers de etano y nafta (sin considerar el consumo eléctrico), estos son de aproximadamente 14,6 GJ/t y 21,8 GJ/t de etileno respectivamente [13]. A partir de la capacidad calorífica y densidad promedio del gas combustible alimentado a los crackers de etano de la empresa Dow Chemical Bahía Blanca [14], sería necesario disponer de 750.000 m³/día de gas combustible para producir aproximadamente 620.000 t/año de polietileno. La mayor parte de este gas combustible proviene de una alimentación fresca de gas natural [14]; el resto proviene de una corriente de gas de reciclo que contiene básicamente etano no reaccionado e hidrógeno. El requerimiento de gas natural para un proceso a partir de etano es entonces elevado, no solamente por el consumo de etano como materia prima, sino también por el consumo de gas natural como combustible para el cracker. Utilizar gasolina natural como materia prima sería conveniente entonces en función de que:

• puede ser fácilmente almacenada y utilizada ante eventuales inconvenientes en el suministro;
• su producción no se encuentra totalmente afectada por las restricciones en el suministro de gas natural a las que se encuentran sometidas las empresas durante el invierno.

Las naftas son utilizadas en todo el mundo como materia prima para la producción de etileno (ver Fig. 4), con lo que las especificaciones técnicas de proceso se encuentran bien establecidas. Esta tecnología es básicamente la misma que la empleada para gasolina natural como materia prima. La Fig. 5 [15] muestra un esquema simplificado del proceso de producción de etileno a partir de nafta.

Fig. 5 – Flowsheet de una planta de producción de etileno a partir de nafta con reciclo de etano

En la Tabla 2 se muestran los rendimientos aproximados para cada uno de los productos, coproductos y subproductos obtenidos. El fuel oil, el metano y el hidrógeno son realimentados al cracker para su empleo como combustible.

Tabla 2 – Composición de salida del cracker de nafta liviana/gasolina

4. Análisis de la oferta y demanda mundial de etileno

La producción de etileno a nivel mundial está liderada por América del Norte, el Lejano Oriente y la Unión Europea. En los últimos años se destaca un incremento notable en la capacidad productiva en Medio Oriente, para posicionarse también al nivel de los principales productores. Este crecimiento surge a raíz de la puesta en marcha de una gran cantidad de plantas, motivados por el bajo precio del etano en la región [16]. La amplia disponibilidad de gas natural hace que los costos de la materia prima sean notablemente inferiores a los de otras regiones, llegando a ser incluso, hasta 5 o 6 veces inferiores. La Fig. 6 [17] muestra la evolución en la capacidad mundial de etileno por región. A partir de 2013, el gráfico se basa en los nuevos proyectos de etileno (Tabla 3).

Fig. 6 – Adición de capacidad de etileno por región

Como se puede ver en la Fig. 6, la capacidad de etileno a nivel mundial registra un incremento anual promedio en los últimos seis años de aproximadamente un 3%. En Estados Unidos, Canadá y México la producción en 2010 fue cercana a los 36 millones de toneladas (aproximadamente un 25% del total mundial). Para el este Asiático la producción en 2010 totalizó cerca de 32,5 millones de toneladas, con China y Japón como los mayores productores. En la Unión Europea la producción fue de 27 millones de toneladas, siendo Alemania, Holanda y Francia los principales países productores. Estados Unidos y algunos países de Medio Oriente se presentan como los principales exportadores de etileno.

Entre los nuevos proyectos de etileno que se encuentran en desarrollo en la actualidad se pueden mencionar [17,18,19,20,21,22]:

Tabla 3 – Capacidad adicionada por región

La capacidad promedio de las nuevas plantas es de 1 MMt/año y una gran parte de ellas se basa en la utilización de etano como materia prima. Estados Unidos está comenzando una nueva etapa de aprovechamiento del recurso de Shale Gas como materia prima de bajo costo, lo cual le permite posicionarse como uno de los principales países proveedores. Con respecto a la demanda de etileno, en la Fig. 7 se observan, las importaciones y exportaciones netas por región, en millones de toneladas [16].

Fig. 7 – Importadores y exportadores netos a nivel mundial

El sudeste Asiático, fundamentalmente China, es la región de mayor demanda de etileno. Dicha demanda, tal como se observa en la Fig. 7, continuará creciendo en los próximos años. Si bien es cierto que hay una gran cantidad de proyectos para la ampliación de la capacidad actual en dicho país (Tabla 3), China continuará siendo el mayor importador de etileno y derivados, a partir del gran incremento en su demanda.

4.1 América Latina

En América Latina existen tres países que poseen plantas de producción de etileno de magnitud considerable: Brasil y México son los mayores productores, mientras que Argentina posee una capacidad instalada de aproximadamente 750.000 t/año. La mayor producción se encuentra en Brasil, que posee seis plantas de gran escala.

La Tabla 4 [3,23] muestra las distintas plantas de producción de etileno en Sudamérica. En Argentina, en la provincia de Santa Fe, existen dos plantas de producción de etileno de menor escala, cuya materia prima se basa en propano y nafta.

Tabla 4 – Capacidades anuales y materias primas de las plantas de producción de etileno en América Latina

4.1.1 Argentina

En los últimos años la restricción del suministro de gas natural a las plantas (para satisfacer el aumento en el consumo doméstico) ha afectado seriamente a la balanza comercial de etileno. En la Fig. 8 se ve el desbalance generado en los años 2008 y 2010, que ha hecho necesaria la importación de 23.239 y 43.889 t de etileno, respectivamente. Esta situación puede acentuarse si la demanda interna de etileno aumenta.

Fig. 8 – Balanza comercial de etileno en toneladas

Un análisis a futuro del mercado de etileno puede realizarse en base a la proyección de la información de la Fig. 8. En primer lugar, se realizó un ajuste por regresión lineal múltiple de los datos de importación y producción de etileno entre 2003 y 2010. Luego, se realizó una proyección de dichos valores en el tiempo. La oferta de etileno corresponde a la producción local sumada a la cantidad importada, mientras que la demanda (también conocida como consumo aparente) surge de restar a la oferta la cantidad exportada. La importación de etileno y los valores de producción (entre 2003 y 2010) fueron ajustados estadísticamente por regresión lineal a través de los parámetros macroeconómicos que mejor explican la evolución en el tiempo de las variables consideradas [24]. La disponibilidad de etano [3,25,26] como materia prima para la producción de etileno, es un parámetro macroeconómico fundamental que debe ser considerado para la proyección en el tiempo de la producción e importación de etileno. Otros parámetros económicos que son habitualmente utilizados son: el Producto Bruto Interno (PBI) [27], la tasa de inflación [27,28], la tasa de cambio (o tipo de cambio) [27] y el precio del gas natural (tarifa industrial para grandes consumidores) [29]. La tasa de inflación considerada en este caso hasta el 2006 es la tasa reportada por el Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INDEC). A partir del 2007 la tasa considerada fue la reportada por la Dirección Provincial de Estadísticas y Censos de la provincia de San Luis [28].

El mejor ajuste para la producción de etileno se obtuvo cuando se consideraron la tasa de inflación y la producción de etano como parámetros clave. En el caso del ajuste de la importación de etileno, los parámetros más representativos fueron el precio del gas natural y el tipo de cambio.

Luego de realizar el ajuste de la producción e importación de etileno, es necesario proyectar dichos valores en el tiempo. No se realizó un ajuste para la exportación de etileno dado que dicha cantidad es nula en 2010 y, dadas las condiciones actuales, se considera que se mantendrá en este nivel en los próximos años. El incremento en la importación de etileno parece indicar que, mientras los inconvenientes en el suministro de gas natural persistan, la exportación de etileno se mantendrá en cero. Considerando nula la exportación de etileno a partir de 2010, la oferta y la demanda coinciden, por lo que se recurre además al cálculo de una nueva variable que permite analizar las condiciones futuras del mercado: el consumo potencial. El consumo potencial de etileno fue calculado a partir de los valores de demanda de sus principales derivados, los cuales son polietileno, poliestireno y PVC [3,25,26]. Este consumo se calculó considerando no solo la producción local de los principales derivados, sino también las cantidades importadas de los mismos.

La Fig. 9a muestra la oferta, demanda (consumo aparente) y consumo potencial de etileno en el tiempo. Por otra parte, en la Fig. 9b se ha considerado un segundo escenario en el que la oferta de etileno se mantendrá constante a partir de 2010, ya sea porque no existirán inconvenientes en el suministro de materias primas, o bien porque la importación de etileno aumenta para compensar un eventual déficit.

Como se observa en la Fig. 9a, el consumo potencial de etileno superará a la oferta en aproximadamente 265.000 toneladas en 2015. Para el segundo escenario, la brecha será de 185.000 toneladas en el mismo año. Para la proyección del consumo potencial de etileno a partir de 2011, se consideró un crecimiento promedio anual del 2,5%, el cual es un valor bastante conservador. La industria de polietileno registra un crecimiento anual promedio del 7% en los últimos cinco años, la de PVC un 1,3% y la de poliestireno un 3,6%. La producción de etileno a partir de una materia prima alternativa al etano, la gasolina natural, surge entonces como una opción prometedora en el corto y mediano plazo.

Fig. 9a – Escenario 1

Fig. 9b – Escenario 2

Fig. 9 – Oferta, consumo aparente y potencial de etileno

5. Evaluación económica y financiera: Flujo neto de caja

En esta instancia resulta fundamental calcular la inversión necesaria y los costos operativos para este proceso, de forma de poder evaluar la propuesta desde un punto de vista más cuantitativo. Para la evaluación económica preliminar de la propuesta, se consideró una planta con una capacidad instalada de 500.000 t/año de etileno, para lo cual se requiere aproximadamente 1,4 MMt/año de gasolina natural, capacidad cercana a la producción actual en el país (1,2 MMt/año). En este caso se considera disponible la producción total de gasolina natural, incluyendo la fracción exportada en la actualidad como materia prima. La necesidad del aprovechamiento de los recursos locales disponibles, a los que se les da escaso valor en nuestro país, resulta un punto fundamental para motivar la aplicación de una política económica adecuada que regule este aspecto; el objetivo principal es darle valor a recursos hoy en día poco explotados.

Por otro lado, los nuevos proyectos de explotación del recurso de Shale Gas en Argentina [30,31,32] permitirían contar también con un mayor suministro de gasolina natural, por lo que el requerimiento de materia prima no sería un inconveniente. Incluso, en una primera instancia, podría pensarse en importar la cantidad de gasolina faltante, dado que en función de la capacidad actual en el país, la cantidad a importar sería menor.

Primeramente, para la evaluación económica de la propuesta, se ha llevado a cabo una estimación de la inversión inicial total. La inversión total está representada por la inversión de capital fijo más el capital de trabajo (también denominado capital circulante). La inversión de capital fijo comprende la inversión en el terreno donde será emplazada la planta, el equipamiento necesario, equipos, cañerías y materiales, las instalaciones de servicio, supervisión de ingeniería, etc. [33]. Para la estimación del costo de compra de todo el equipamiento involucrado se necesita en primer lugar estudiar el proceso, para luego sí poder definir el tipo de equipo, número de unidades, tamaños, entre otros parámetros fundamentales. Entre dichos parámetros característicos se pueden mencionar: diámetro de la columna, material de empaque de las columnas, tipo de intercambiador de calor, potencia del compresor, caudales, presión de descarga de las bombas, etc. En este análisis los datos fueron tomados parcialmente de la literatura [15] y el resto proviene de información disponible. Una vez calculados los parámetros característicos mencionados, se procede al cálculo de costos de cada uno de los equipos [33]. Para actualizar los costos se utilizaron los índices de costos de Marshall & Swift del año 2011 [34]. El capital de trabajo se calculó como un porcentaje (17%) de la inversión total, basado en el capital de trabajo empleado en proyectos de similar característica. La inversión total obtenida (incluyendo offsites) corresponde a una planta de etileno instalada en los Estados Unidos, de forma que se utilizó un factor de corrección [35] para obtener el valor real aplicado a una planta instalada en la Argentina.

En segundo lugar se estimó el costo de producción, el cual representa los egresos anuales de la planta. Dicho costo se calculó considerando el costo de materias primas, mano de obra, mantenimiento, impuestos, etc. El costo neto surge de restar a los costos totales anuales, los ingresos por la exportación de los coproductos obtenidos (propileno, C₄ y gasolina de pirólisis en este caso) [36]. El propileno es utilizado mayoritariamente como materia prima para la producción de polipropileno. La corriente de C₄ es utilizada como materia prima para la obtención de butadieno (contiene entre un 45 y 50% (p/p) de butadieno), producto de gran valor agregado en la actualidad [37]. La gasolina de pirólisis es un producto con un alto contenido de aromáticos que es utilizada ya sea para su mezcla con naftas o como alimentación en una unidad de extracción de BTX, donde el objetivo principal es la aislación de benceno de alta pureza.

Para el análisis de ingresos se considera también la venta de etileno en el mercado internacional (precio spot promedio del etileno para el año 2011) [36].

Algunos de los parámetros clave tomados en cuenta en el análisis de inversión y costos se listan a continuación:

Inversión total: compra de equipos (bombas centrífugas, compresores, demetanizadora, fraccionador de etileno, torre de enfriamiento, etc.), instalación de equipos, aislación y pintura, cañerías, terreno, ingeniería y supervisión. Cabe destacar en este caso, que la inversión de capital total para una planta de producción de etileno a partir de naftas (líquidos) es aproximadamente un 40% superior a la de una planta que emplea etano (gas) como materia prima. En cuanto al esquema de proceso en uno y otro caso, la diferencia básicamente es que para el proceso de producción a partir de etano no se requiere de una columna fraccionadora de gasolina (Fig. 5). Además entonces del requerimiento de la columna fraccionadora de gasolina, la mayor inversión para una planta a partir de naftas surge fundamentalmente por el mayor costo del horno de pirólisis, dado que se trata de un cracker de líquidos.

Costo de producción: materias primas, mano de obra, mantenimiento y reparaciones, seguros, gastos administrativos, costos de distribución y venta. El costo de producción promedio de etileno en este análisis es de aproximadamente 1.120 US$/t. En [38] se reportan datos útiles de costos de producción de etileno para diferentes materias primas en los Estados Unidos para 2010 y 2011.

Ingresos: precios spot para etileno y los diferentes coproductos obtenidos [36].

Hasta el momento no existe un precio establecido para la gasolina natural como materia prima petroquímica en Argentina, dado que no hay plantas de producción de etileno a partir de gasolina en nuestro país. De acuerdo a esto resulta necesario estimar el precio que estaría dispuesto a aceptar el productor de gasolina natural, tomando en cuenta el precio actual de la misma en el mercado interno como punto de partida. El objetivo se centra en lograr que los productores puedan obtener un cierto beneficio a partir de la comercialización de la gasolina como materia prima para la producción de etileno en lugar de comercializarla en el mercado interno. Teniendo en cuenta esto, se considera un precio estimado 2% superior al precio actual en el mercado interno (594 US$/t) [39]. El precio propuesto de adquisición de la materia prima para la producción de etileno es entonces de 605 US$/t.

Habiendo estimado los gastos e ingresos de la propuesta, se considera un período de estudio de 15 años. Este período se utiliza para realizar una proyección de los beneficios futuros del proyecto. Se calcularon tres parámetros fundamentales para evaluar la conveniencia del proyecto. Estos son el Valor Presente Neto (VPN), la tasa interna de retorno (TIR) y el período de repago. El VPN y la TIR pueden ser utilizados en forma indistinta para evaluar la factibilidad de que el proyecto sea aceptado. En pocas palabras, el VPN es la suma de todos los flujos de caja (llevados al momento en que se lleva a cabo la inversión) menos la inversión inicial, mientras que la TIR es la tasa de interés para la cual el VPN se hace cero. El proyecto debería ser aceptado si se cumple:

• El VPN es mayor a cero;
• La TIR es mayor a la tasa de descuento empleada.

Para el cálculo de la tasa de descuento es necesario evaluar el costo de oportunidad del dinero invertido, el cual es el costo de cualquier actividad medida en términos de la mejor alternativa perdida. La tasa de descuento fue calculada a través del Modelo de Fijación de Precios de Activos de Capital (CAPM, por sus siglas en inglés) de la siguiente manera:

El R_f considerado es la tasa de rendimiento de los bonos del tesoro norteamericano a 30 años, el cual es de 3,27% en Octubre de 2011 [40]. El R_m considerado es el índice Merval promedio de los últimos diez años (2002-2011), el cual es de 34,74% [41,42]. El coeficiente de volatilidad representa la volatilidad relativa de las acciones de empresas petroleras y petroquímicas [43], y es de 0,69. Como riesgo país para Argentina se utiliza el valor correspondiente a Octubre de 2011 y es de 861 puntos básicos o 8,61% [44]. El valor obtenido para E_i es de 33,6%. Este valor de E_i tiene incorporada la inflación, de forma que se debe descontar la tasa de inflación para obtener el E_i real. La tasa de inflación promedio para los últimos diez años (18,7%) fue descontada entonces del E_i anterior para dar una tasa de 14,9%. Esta tasa de descuento es aceptable para proyectos de este tipo.

La depreciación fue calculada por el método lineal para un período de 20 años, con un valor residual calculado por el método del valor de libro. Los valores de ingresos utilizados corresponden a los valores netos de impuesto a los ingresos brutos (1,5%). Otro parámetro relevante es el impuesto a las ganancias, el cual es del 35%. Se asume además que la planta opera al 100% de su capacidad instalada.

La inversión total se calculó para una planta establecida en los Estados Unidos, por lo que luego se afectó dicho valor por un factor de 1,44 para su instalación en Argentina [35]. El costo de inversión de este proyecto en Argentina es de 1.565 MMUS$ (incluyendo offsites).

Al realizar el estudio de rentabilidad de la propuesta, surgen resultados negativos, por lo que esta debería ser descartada. Esto se debe, fundamentalmente, a la elevada inversión inicial y los altos costos operativos vinculados en su mayor parte al costo de adquisición de la gasolina. Considerando estos resultados y teniendo en cuenta además que el etileno, propileno y gasolina de pirólisis son en general productos intermedios en la cadena productiva, se propone realizar una integración vertical y horizontal de la propuesta para incrementar el margen de ganancia.

6. Integración vertical y horizontal

Al realizar la evaluación financiera del proceso de producción de etileno se obtuvieron resultados negativos, con un VPN menor a cero y una TIR menor a la tasa de descuento considerada. Esto es indicativo de que el proyecto debería ser descartado. El mismo exige una inversión considerable y los costos operativos también son de magnitud, debido fundamentalmente al elevado precio de la materia prima. Tanto el etileno como el propileno requieren además de refrigeración para su transporte y comercialización, por lo que los costos son aún mayores. Sin embargo, el estudio de la obtención de productos de mayor valor, a partir de etileno, propileno y gasolina de pirólisis, arroja resultados promisorios.

En función de los resultados mostrados en la Sección 5, se propone sumar valor al etileno, y a algunos coproductos obtenidos mediante el procesamiento de los mismos. El etileno podría ser enviado a una planta de producción de polietileno de baja densidad (LDPE, por sus siglas en inglés), para la elaboración de film. El propileno podría ser integrado a una planta de producción de polipropileno. La gasolina de pirólisis, compuesta principalmente por aromáticos, podría ser enviada a una unidad de fraccionamiento donde se obtendría Benceno, Tolueno y una mezcla de Xilenos. Estos son productos de amplia utilización en la industria petroquímica. Aproximadamente el 80% del Benceno producido en nuestro país es empleado para la producción de etilbenceno. Este último es empleado para la fabricación de estireno, el cual es a su vez utilizado principalmente en la elaboración de poliestireno. El tolueno y xileno son utilizados básicamente como solvente y como aditivo para naftas. El proceso de obtención de aromáticos se realiza comúnmente a través de extracción líquido-líquido con solventes. En este proceso se obtiene además una corriente de gasolina pesada, la cual es utilizada comúnmente para su mezcla con otras naftas, para aumentar el octanaje de las mismas. La corriente de C₄ podría ser exportada, tal como se ha considerado en el análisis anterior. La corriente de C₄ se almacena en estado líquido a temperatura ambiente y presión de entre 2 y 4 kg/cm². Se considera en principio que los productos obtenidos serán comercializados en el mercado de exportación. En la Tabla 2 se observan las composiciones en peso de los distintos productos, coproductos y subproductos obtenidos. Se considera en el análisis además una relación etileno/polietileno y propileno/polipropileno de 1. La gasolina de pirólisis contiene aproximadamente un 60% de aromáticos, dentro de la cual el 55% corresponde a Benceno, 33% a Tolueno y el 12% restante a Xileno.

6.1 Mercado de polietileno, polipropileno y aromáticos

6.1.1 Oferta y demanda mundial

La producción de poliolefinas, tanto polietileno como polipropileno, está creciendo notablemente desde hace algunos años y las proyecciones en el corto plazo deparan también un crecimiento considerable. En las Fig. 10 y 11 [45] se observa la evolución de la capacidad, demanda y tasa operativa a nivel mundial de producción de polietileno y polipropileno en los últimos años y proyectada a 2018.

Fig. 10 – Oferta y demanda de polietileno a nivel mundial

Fig. 11 – Oferta y demanda de polipropileno a nivel mundial

En ambas figuras se observa una notable caída en la capacidad operativa, sobre todo en la industria del polipropileno. Tanto la crisis económica mundial de 2009, como los problemas de abastecimiento de materias primas a la industria de poliolefinas, han ocasionado un crecimiento muy acotado de la demanda de dichos productos en los últimos años. Esta situación desencadenó a su vez una reducción notable de la capacidad operativa.

En los próximos años se proyecta un aumento muy importante de la capacidad operativa global, basado sobre todo en el aprovechamiento de materias primas de bajo costo, como el etano, propano y butano [16]. Se proyecta un crecimiento promedio anual de la oferta de derivados de etileno a nivel mundial del 2,5%.

Medio Oriente lidera el ranking en adición de nueva capacidad de producción de etileno (Ver Sección 4), con etano como materia prima, a partir del bajo costo de este. Estados Unidos, como se mencionó anteriormente, está comenzando una nueva etapa de aprovechamiento del recurso del Shale Gas como materia prima de bajo costo para la producción de olefinas y poliolefinas.

Con respecto a la demanda de derivados, en el período comprendido entre 2010-2016 se espera un crecimiento promedio para la demanda de derivados de etileno de un 4,5% anual a nivel mundial y, considerando que la producción de polietileno representa aproximadamente un 60% del total [16], se proyecta un crecimiento cercano al 3% anual para este último.

En Asia, la demanda para derivados tales como polietileno de alta densidad, polietileno de baja densidad, monómero de estireno, etilenglicol y PVC proyecta una tasa de crecimiento anual de 5,8%, liderado por países como India y China. Específicamente en India se espera una tasa de crecimiento anual para la demanda interna, del 11,2%. En China la tasa esperada es del 6,8%. En Japón la tasa será del 0,7%.

6.1.2 Argentina

En la Fig. 12 se observan la oferta y consumo aparente de polietileno y polipropileno a nivel local [3,25,26].

Fig. 12 – Evolución de la oferta y consumo aparente de polietileno y polipropileno en Argentina

De la Fig. 12 se puede observar que la oferta de polietileno y polipropileno han crecido en promedio a una tasa del 3,5 y 3,2% respectivamente. El consumo aparente de ambos productos ha crecido también, aunque a un ritmo notablemente mayor, siendo las tasas de 7,8 y 8% en cada caso. Estos resultados muestran de manera clara la necesidad del aumento de la producción de estas poliolefinas en nuestro país.

Más allá entonces de las grandes variaciones del mercado de poliolefinas a través de los años, este mercado resulta prometedor en el corto y mediano plazo, tanto a nivel mundial como local.

Como se mencionó anteriormente los coproductos que serían comercializados en esta propuesta son los productos aromáticos extraídos de la gasolina de pirólisis -Benceno, Tolueno y Xileno- y la corriente cruda de C₄, la cual se exportará como materia prima para la obtención de Butadieno. Las cantidades aproximadas obtenidas en esta propuesta serían de 124.000 t/año de Benceno, 74.000 t/año de Tolueno, 27.000 t/año de Xileno y 125.000 t/año de C₄. Todos ellos son productos cuyo mercado se encuentra en la actualidad en expansión. El incremento en la producción de etileno a partir de etano, mayormente en América del Norte y Medio Oriente, y la utilización de LGN (Líquidos del Gas Natural) como materia prima en lugar de naftas, en Europa Occidental, hace que se reduzca también la producción de aromáticos y de C₄ en dichas regiones, por lo que podría existir aquí un segmento disponible para comercializar los coproductos obtenidos. En este sentido, sin embargo, la débil economía en la actualidad en las regiones mencionadas, podría dificultar la exportación de tales productos.

El mercado Asiático, fundamentalmente China e India, serían básicamente entonces los posibles destinos para comercializar los productos y coproductos mencionados. La industria de derivados en ambos países muestra un crecimiento notable en los últimos años. En cuanto a esto, en 2012 se impulsó a la creación de un acuerdo de integración entre el Mercosur y la República Popular China, lo que permitiría colocar a nuestro país como un potencial proveedor de materias primas a dicho país.

6.2 Precios

En la Fig. 13 se observa el precio medio de comercialización interna y de exportación de gasolina natural en nuestro país entre 2005 y 2010. El precio de comercialización interno [39] surge de promediar el precio de comercialización en las distintas provincias.

Fig. 13 – Precio medio de mercado interno y de exportación de gasolina natural

En 2009 se observa una notable caída en el precio de la gasolina, lo cual se debe a la crisis económica mundial de fines de 2008. El incremento promedio en el precio de mercado interno de la gasolina en el período 2005-2010 es de un 8% anual. En la Fig. 14 se reportan los precios de exportación de polietileno, polipropileno y aromáticos [3,25,26].

Fig. 14 – Precios de exportación de productos

Como se observa en la Fig. 14, el precio de los productos, fundamentalmente de las poliolefinas, ha sufrido variaciones notables en los últimos años. En 2006, 2008 y 2009 no se registran precios para el benceno, dado que en dichos años no se ha exportado este producto. Los precios de los productos y coproductos utilizados en el análisis de la propuesta corresponden a los precios spot promedio para el año 2011 [36].

6.3 Localización

A partir del análisis de las principales áreas de producción de gasolina natural en nuestro país (Ver Sección 1), se pueden considerar dos localizaciones probables para la instalación de una eventual planta: Cutral-Có y Bahía Blanca.

Cutral-Có es una localidad petrolera de la provincia de Neuquén. Es la tercera ciudad con mayor población de la provincia. Se encuentra a la vera de la ruta nacional 22 y a 109 Km de Neuquén Capital. Forma un único aglomerado urbano junto a la localidad de Plaza Huincul, denominado Cutral-Có – Plaza Huincul. La actividad petrolera es uno de los principales recursos de esta localidad y, actualmente, se encuentran funcionando importantes empresas como YPF, Petrobras, Petrolera Argentina S.A., entre otras.

Bahía Blanca es la ciudad portuaria marítima más importante de la Argentina, situada al sudoeste de la Provincia de Buenos Aires, y la segunda más importante sobre la costa del océano Atlántico. La posición favorable de Bahía Blanca se define, primero, por su área portuaria que canaliza los flujos económicos del sudoeste de la provincia de Buenos Aires y del valle del río Negro y establece relaciones a nivel regional, nacional e internacional. Segundo, por estar inserta en la transición de las regiones pampeana y patagónica, en donde surge como núcleo de convergencia de vías de circulación y comunicaciones. En la Fig. 15 se muestran las ciudades propuestas para la instalación de la planta.

Fig. 15 – Localizaciones propuestas para la eventual planta

6.3.1 Cutral-Có – Plaza Huincul:

La elección de esta localidad para el emplazamiento de la planta, surge fundamentalmente a partir de la disponibilidad de materia prima. Como se señaló en la Sección 1, aproximadamente el 63% de la producción total de gasolina se obtiene en la separación primaria, de la cual un 60% proviene de la Cuenca Neuquina.

En esta localidad se cuenta con el Polo Químico y Petroquímico en el área Cutral-Có – Plaza Huincul, base de la industria neuquina de combustibles e insumos industriales. En este complejo se encuentra la planta petroquímica de producción de metanol, propiedad de YPF. Al ser esta una zona preferencialmente industrial, resulta factible la instalación de una nueva planta.

Neuquén es además la principal productora de energía hidroeléctrica del país [46], a partir del aprovechamiento de su recurso hídrico más importante constituido por la cuenca de los ríos Limay y Neuquén. El consumo de energía eléctrica aproximado de la planta propuesta será de 518 millones de KWh/año, considerando en este caso los requerimientos energéticos de las plantas de etileno, polietileno, polipropileno y BTX. En este sentido, la capacidad actual de generación de energía en la provincia de Neuquén es de aproximadamente 15 millones de MWh/año, mientras que la potencia instalada es de 6 millones de KW, con lo cual este requerimiento estaría satisfecho [47]. Aproximadamente el 92% de la producción actual de energía se exporta al resto del país [46].

Como combustible para el cracker se empleará una corriente fresca de gas natural más una corriente de reciclo de H₂+CH₄ que proviene de la etapa de separación, aguas arriba de la columna demetanizadora. En la actualidad existen serios inconvenientes en el suministro de gas natural, por lo que muchas empresas han visto afectada su producción en los últimos años. Por otra parte, se están desarrollando en esta región una gran cantidad de proyectos de exploración y explotación de gas no convencional para incrementar la producción [30,31,32], con lo que se considera que al momento de la puesta en marcha de la eventual planta no existirían inconvenientes con el suministro de gas.

En cuanto al consumo de agua de la planta propuesta, se calcula un valor promedio de 900 m³/h, considerando en este caso el consumo de agua de enfriamiento y el requerimiento de vapor saturado. El suministro de agua para las empresas de esta región proviene del río Neuquén. A partir de los recursos hídricos de la zona se concluye que la disponibilidad de agua estaría asegurada.

En cuanto al transporte de polietileno, se cuenta con la ruta nacional 22 y una red ferroviaria perteneciente a Ferrosur Roca, que une a Cutral-Có con la ciudad de Bahía Blanca. La red ferroviaria existente en la región tiene interconexión con otras redes, por lo tanto se facilitaría el transporte de polietileno hacia el Gran Buenos Aires.

6.3.2 Bahía Blanca

La elección de esta ciudad se basó primordialmente en la existencia del Polo Petroquímico de Bahía Blanca, el cual es uno de los Polos petroquímicos más importantes del país. No sólo se dispone de la infraestructura necesaria para la instalación de una nueva planta, sino que se tiene acceso a dos Puertos marítimos de importancia, como Puerto Galván e Ingeniero White [48]. En dicho Polo Petroquímico se encuentra en la actualidad la planta de polietileno de Dow, la cual posee una capacidad instalada de 600.000 t/año.

Con respecto a la disponibilidad de servicios, el Polo Petroquímico de Bahía Blanca se abastece de gas natural a través de las empresas TGS y MEGA S.A. Los inconvenientes anteriormente mencionados en el suministro de gas tienen incidencia directa también sobre la operación de las plantas del Polo Petroquímico de Bahía Blanca, por lo tanto, un aumento en la producción de gas natural [30,31,32] garantizaría también la disponibilidad continua de dicho recurso en esta localidad. En lo que respecta al consumo de agua, esta región posee inconvenientes de abastecimiento. Este punto es un factor importante, dado el consumo de agua que requiere la propuesta. El consumo eléctrico también es un aspecto fundamental, considerando el alto consumo energético de las empresas del Polo Petroquímico y la ciudad.

Por otra parte, Bahía Blanca será sede de un importante proyecto energético [49], ya que se planea construir la central termoeléctrica Guillermo Brown que aportará 900 MW de capacidad instalada. La puesta en marcha de esta planta significará un gran aporte para mejorar el abastecimiento de la demanda eléctrica a escala nacional. La energía generada será distribuida con una línea de extra alta tensión que implicará la construcción de una subestación y la conexión a la red de 500 KW Choele-Choel-Bahía Blanca. Además, en esta región se está planeando instalar un parque eólico [50] el cual tendrá una capacidad instalada de 100 MW, este proyecto implicará la construcción de una nueva estación transformadora para su vinculación con el Sistema Argentino de Interconexión (SADI).

Ambas ciudades son entonces los sitios más favorables para la instalación de la planta. En el caso en que se decidiera comercializar parte del etileno obtenido, como materia prima, resultaría conveniente integrar la producción de la nueva planta a las empresas existentes de Dow Argentina y Solvay Indupa de la ciudad de Bahía Blanca. En este sentido, y considerando la proyección a futuro de la ciudad en el ámbito industrial [51], Bahía Blanca podría ser el lugar más idóneo para la instalación de la planta.

7. Evaluación económica y financiera de la planta integrada

Los resultados obtenidos en este caso, luego de realizar una integración del proceso, y tomando en cuenta algunas consideraciones expuestas en la Sección 5, se muestran en la Tabla 5.

Tabla 5 – Flujo neto de caja

El costo de producción de polietileno es cercano a los 920 US$/ton. El margen de ganancia de producción de polietileno a partir de gasolina es de aproximadamente 800 US$/ton. El VPN obtenido del análisis financiero de la propuesta es de aproximadamente 80,8 MMUS$, con una TIR del 15,5% (contra una tasa de descuento considerada del 14,9%) y un período de repago de seis años. El resultado obtenido en este caso es favorable, de modo que resultaría conveniente continuar con el análisis de la propuesta a un nivel de factibilidad.

7.1 Análisis de sensibilidad

Teniendo en cuenta que el análisis actual representa solo un análisis preliminar de la propuesta y considerando además la variabilidad de la economía Argentina y los mercados internacionales, se debe llevar a cabo un análisis de sensibilidad de las variables involucradas. Este análisis busca ilustrar cómo impactan los cambios en algunas de las variables más relevantes sobre el VPN del proyecto.

Fig. 16 – Análisis de sensibilidad

En la Fig. 16 se observa que las variables que generan mayor impacto (mayor pendiente) sobre el VPN del proyecto son los precios de gasolina natural y polietileno. El costo de la gasolina natural representa aproximadamente un 60% del costo de producción total de etileno. La inversión total y la mano de obra exhiben una menor influencia sobre el VPN. Los precios de los coproductos, sobre todo de la corriente de C₄, poseen un efecto prácticamente despreciable sobre el VPN (no se muestran en la Fig. 16).

8. Conclusiones

El mercado local demanda en la actualidad una mayor producción de etileno, pero las restricciones al suministro de gas natural a las empresas- con motivo del incremento en el consumo doméstico- impiden la concreción de nuevos proyectos. En este marco, la gasolina natural emerge como una opción atractiva, dado que es un recurso que puede ser fácilmente almacenado.

En nuestro país, actualmente, la gasolina natural es un mero subproducto del proceso de fraccionamiento de gas natural y posee un escaso valor agregado. Aproximadamente un 30% de la producción nacional se exporta como materia prima, mientras que cerca de un 10% se exporta mezclada con el crudo. Si bien la gasolina es una materia prima de mayor costo en relación al etano, la obtención de subproductos de alto valor por cracking térmico realza la conveniencia de su empleo local para obtención de etileno. Un análisis financiero preliminar indica que, en principio, la obtención de etileno, propileno y gasolina de pirolisis como productos finales, no resulta un proyecto atractivo. En general, estos tres productos son utilizados como materia prima para la elaboración de productos de mayor valor. Tanto el etileno como el propileno requieren de refrigeración para su transporte y comercialización, lo cual implica un costo muy elevado.

En función de los resultados anteriores, se realizó una integración del proceso, en donde etileno y propileno serían empleados para la producción de polietileno y polipropileno respectivamente. La gasolina de pirólisis sería enviada a una unidad de extracción de aromáticos, donde los principales productos serían BTX. Luego de realizar una nueva evaluación financiera, se concluye que, a partir del alto precio de los productos y coproductos obtenidos, la propuesta arroja resultados positivos.

La localización más conveniente para una eventual planta, en función fundamentalmente de la disponibilidad de materia prima y servicios, podría ser la ciudad de Bahía Blanca, en donde ya se dispone de uno de los complejos petroquímicos más importantes del país. En base al análisis previo, y no perdiendo de vista que se está trabajando en la fase de preinversión, a un nivel de prefactibilidad, consideramos que la gasolina natural constituiría un sustituto atractivo para la producción de etileno. Así, dado el análisis realizado, se observa que se podría explotar un recurso valioso actualmente poco aprovechado en el país. Por lo tanto, puede recomendarse el uso de la gasolina natural para la producción de poliolefinas.

9. Agradecimientos

Agradecemos a Susana Gustavino y Norma Tripicchio (del sector administrativo del Instituto Petroquímico Argentino) por su atenta y eficiente ayuda para proveernos información actualizada. También deseamos agradecer a Mg. Susana Picardi y a Lic. Lorena Tedesco (del Departamento de Economía UNS), al Lic. Francisco Rinaldi y al Lic. Guillermo Scholdbauer por su amable asesoramiento.

10. Nomenclatura

E_i retorno esperado sobre el capital

R_f tasa de interés libre de riesgo

R_m retorno esperado del mercado

R_p tasa de riesgo país de Argentina

β volatilidad relativa de la industria petroquímica

Abreviaturas/Siglas

t toneladas métricas

CAPM Capital Asset Pricing Method

PBI Producto Bruto Interno

INDEC Instituto Nacional de Estadísticas y Censos

TIR Tasa Interna de Retorno

VPN Valor Presente Neto

Gas Ref Gas residual de refinerías

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[49] Informe Bahía Blanca, Avanza la instalación de una central termoeléctrica en Bahía Blanca, Petroquímica, Petróleo, Gas & Química. 277 (2012) 110-114.

[50] Informe Bahía Blanca, Bahía Blanca será sede de un parque eólico de U$S 100 millones, Petroquímica, Petróleo, Gas & Química. 277 (2012) 104-108.

[51] H. Simoni, Bahía Blanca está destinada a ser la mayor plaza petroquímica basada en el gas, Petroquímica, Petróleo, Gas & Química. 2012.

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